Solsystem

Stardust er ikke magisk, men det kan fortælle os, hvor Jordens vand kom fra

2024

Så måske er stjernestøv ikke kosmisk glitter med overnaturlige kræfter, men det har sin egen form for magi, når det kommer til at fortælle os ting, vi ellers aldrig ville vide om det tidlige solsystem.

Hvordan Jorden fik sit vand har været et spørgsmål, der har hængt over hovedet på forskere i årevis. Nu flere isotoper i en ny presolar type stjernestøv er fundet i Allende -meteoritten, der faldt til jorden i 1969. Kosmokemisten François L. H. Tissot fra CalTech, der ledede en undersøgelse, der for nylig blev offentliggjort i Science Advances, og hans team fandt et isotopstøv dannet gennem en mystisk proces. Den anden kunne ændre, hvordan vi ser Jordens og endda universets oprindelse.

Strontium-87 (hvilket betyder 87 neutroner) er den isotop, der kan føre os baglæns gennem tiden, til da Jorden fik sit vand. Tissot og hans team fandt ud af, at stjernestøvkornene i meteoritten indeholder denne isotop, som er et biprodukt af rubidium-87 henfald. Mængden af begge disse isotoper i meteoritten kunne fortælle os, om Jorden dannede sig som en tør planet eller engang havde mere vand, den til sidst mistede.

Der er meget rubidium-87 i solsystemet, fordi det produceres af andre nukleosyntetiske processer, som er de vigtigste bidragydere til solsystemets sammensætning, fortalte Tissot til SYFY WIRE.

Vi er kulstofbaserede livsformer. Organiske molekyler, der udgør alt fra mennesker til planter, skal indeholde kulstof. Den radioaktive isotop carbon-14 kan bruges til at datere mumier og andre gamle ting på jorden, hvor disse organiske stoffer findes, fordi dets halveringstid eller den tid, det tager for halvdelen af det at henfalde, er omkring 5.700 år. Sammenlign det med rubidium-87's halveringstid på 49 milliarder år. Det forklarer, hvorfor Rb-87 kan bruges til at datere de ældste objekter i solsystemet og muligvis universet.

Fordi Rb-87 er en flygtig eller et stof, der let fordamper til gas, selv ved lave temperaturer, har objekter i solsystemet, der er høje i andre flygtige stoffer, også store mængder af denne isotop. Her bliver det interessant. Solsystemobjekter indeholdende vand, en af de flygtige stoffer, der ofte findes med Rb-87, menes også at have dannet sig meget længere ude. I udkanten af solsystemet kan temperaturerne styrte så lavt ned, at rubidium ikke fordamper. Meteoritter med betydelige mængder vand sandsynligvis dannet langt fra Jorden.

Et stykke af Allende -meteoritten (yderst til venstre). Kredit: NASA/Johnson Space Flight Center

Det meste af det, vi ved, tyder på, at Jorden tiltrænges uden meget vand og rubidium, sagde Tissot. Om der var noget vand og Rb, der gik tabt, er det, vi arbejder på at belyse næste gang.

Urmeteoritter kunne være fremstillet af de samme materialer, som accreted til at danne vores planet ved solsystemets daggry. Fordi rubidium-87 henfalder til strontium-87, er det muligt at få en idé om, hvordan en meteorits alder, der måske engang har bragt vand til vores planet. Jordens forhold mellem rubidium og strontium er ti gange lavere end for vandrige meteoritter. Dette kunne have betydet, at enten jorden tiltrådte fra relativt tørre materialer med lavt vandindhold og rubidium, eller fra vandrige materialer, som den til sidst mistede af en eller anden grund.

Sig Jorden begyndte at flyde over med vand og rubidium. Der ville have været meget mere Sr-87 produceret af rubidiumforfald, end hvis Jorden begyndte at mangle vand og andre flygtige stoffer. Dens sammensætning ville ligne den for meteoritter uden mange flygtige stoffer og også for calcium- og aluminiumrige inklusioner (CAI'er) i disse meteoritter. CAI går tilbage - helt tilbage - op til 4.567 milliarder år. De var også en del af de første objekter, der begyndte at danne sig i det, der engang var soltågen og kan afsløre mere om stjerne- og planetdannelse. Gå ind strontium-84 , grunden til at Tissot mener, at dette stjernestøv ikke ligner noget andet i solsystemet.

Den underskrift, vi fandt, var så eksotisk på grund af dens isotopiske sammensætning, sagde han. Den indeholdt op til 8% mere Sr-84 end alt andet kendt solsystemmateriale (hvor mængden af Sr-84 mellem prøver højst varierer med 0,02%). De underskrifter, vi fandt, er således to størrelsesordener større end tidligere observerede effekter.

De usædvanligt høje niveauer af CAI'er og en anden strontiumisotop, strontium-84, i Allende-meteoritten, har for evigt forvirret forskere om, hvorvidt Jorden dannede sig med eller uden meget vand. Sr-84 er produceret af en nukleosyntetisk proces er der ikke meget kendt om. Denne proces, kendt som p-proces , kunne blæse den fjerne fortid på vid gab, hvis den endelig kan forstås. Kornene af stjernestøv i Allende-meteoritten indeholder muligvis Sr-84 i sin rene form, hvilket i det mindste kunne fortælle os noget mere om den mystiske p-proces.

Hvilke typer stjerner p-processen forekommer i er stadig ukendte, og fordi der har været lidt data at teste modeller med, har det været næsten umuligt at finde ud af, hvordan det fungerer. Allende-meteoritten har i det mindste åbnet en portal ind i fortiden med Sr-84, som menes at skyldes p-processen.

Nu hvor vi ved, at der eksisterer en p-procesbærerfase, arbejder vi på fysisk at identificere den frem for den kemiske identifikation, vi gjorde i denne undersøgelse, for at lære mere om dens mineralogi og sammensætning, sagde Tissot. Dette vil hjælpe med at forstå, hvilke andre elementer der produceres sammen med Sr-84 under p-processen.

Så stjernestøv har virkelig kræfter, bare ikke dem du måske havde forventet.